■置換多面体の空間充填性(その146)

 任意の準正多面体について,頂点周囲に集まるファセット数を調べてきたが,とくに空間充填多面体について以前の記事と整合しているかどうかを確認してみる.

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[1]空間充填2(2^n−1)胞体

 {3,3,3}(1,1,1,1)

  f3=(1/24+1/12+1/12+1/24)f0=5+10+10+5=30

  24は{3,3}(1,1,1)の頂点数

  12は{3}(1,1)×{}(1)の頂点数=6×2=12

 一般に,空間充填2(2^n−1)ではnであることが(その119)で確かめられている.

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[2]立方体

 {3,4}(0,0,1)

  f2=(3/4+0/2+0/1)f0=6+(12)+(8)=4

  4は{4}(0,1)の頂点数=4

  2は{}(1)×{}(0)の頂点数=2×1=2

  1は{3}(0,0)の頂点数=1

 {3,3,4}(0,0,0,1)

  f3=(4/8+0/4+0/3+0/1)f0=8+(24)+(32)+(16)=8

  1は{3,4}(0,0,1)の頂点数=8

  4は{4}(0,1)×{}(0)の頂点数=4×1=4

  3は{}(1)×{3}(0,0)の頂点数=2×1=2

  1は{3,3}(0,0,0)の頂点数=1

 {3,3,3,4}(0,0,0,0,1)

  f4=(5/16+0/8+0/3+0/4+0/5)f0=(10)+(40)+(80)+(80)+(32)=6

  16は{3,3,4}(0,0,0,1)の頂点数=16

  8は{3,4}(0,0,1)×{}(0)の頂点数=8×1=8

  3は{4}(0,1)×{3}(0,0)の頂点数=4×1=3

  4は{}(1)×{3,3}(0,0,0)の頂点数=2×1=2

  5は{3,3,3}(0,0,0,0)の頂点数=1

 立方体は頂点図形が正単体であるから,頂点周囲のファセット数はnである.ただし,二面角が90°であるから,空間充填では点接触,辺接触のものも考慮する必要がある.

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[3]正16胞体

 {3,3,4}(1,0,0,0)

  f3=(0/1+0/2+0/3+8/4)f0=(8)+(24)+(32)+16=16

  1は{3,4}(0,0,0)の頂点数=1

  2は{4}(0,0)×{}(1)の頂点数=1×2=2

  3は{}(0)×{3}(1,0)の頂点数=1×3=3

  4は{3,3}(1,0,0)の頂点数=4

 (その140)において,正16胞体では8であることがわかったが,(その46)にも,正16胞体では

 n次元正軸体において,k次元胞に接する(それを含む)m次元胞(m>m>k)は,2項係数を使って,

  2^m-k(n−1−k,m−k)

であることを用いて,

 n=4,m=2,k=0とおいて,2^2(3,2)=4

 n=4,m=1,k=0とおいて,2(3,1)=6

すなわち,頂点次数は6.また,頂点にはn=4,m=3,k=0とおいて,

  2^3(3,3)=8

個の3次元面(正四面体)が集まると計算されている.

  f3=x/4・f0=16,f0=8→x=8

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[4]正24胞体

 {3,4,3}(1,0,0,0)

  f3=(0/1+0/2+0/3+6/6)f0=(24)+(96)+(96)+24=24

  1は{4,3}(0,0,0)の頂点数

  2は{3}(0,0)×{}(1)の頂点数=1×2=2

  3は{}(0)×{3}(1,0)の頂点数=1×3=3

  6は{3,4}(1,0,0)の頂点数の頂点数=6

 前節の手は正24胞体には使えないが,(その144)において,頂点周囲のファセット数が6であるという結果を得た.

 この結果は(その44)に述べた,正24胞体の頂点次数は8である.また,頂点には6個の3次元面(正八面体)が集まる.

  f3=x/6・f0=24,f0=24→x=6

と整合している.この結果は{334}(0100)とも一致している.

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[5]空間充填2(2^n−1)胞体

{3,4}(110);f2=(1/4+2/6)f0=6+8=14

  切頂面{4}(10)1個・・・頂点数4

  2次元面{3}(11)2個・・・頂点数6

  f2=(1/4+2/6)・f0=14

{3,3,4}(0100);f3=(2/6+4/6)f0=8+16=24

 切頂点の周囲には

  切頂面{3,4}(100)2個・・・頂点数6

  3次元面{3,3}(010)4個・・・頂点数6

  f3=(2/6+4/6)・f0=24

{3,3,3,4}(01100);f4=(2/48+4/30)f0=10+32=42

 4次元面は

  切頂面{3,3,4}(1,1,0,0)2個・・・頂点数48

  n−1次元面{3,3,3}(0,1,1,0)4個・・・頂点数30

 f4=(2/48+4/30)・f0

 f0=240→f4=10+32=42→OK

{3,3,3,3,4}(001000);f5=(3/40+8/20)f0=12+64=76

 5次元面は

  切頂面{3,3,3,4}(0,1,0,0,0)3個・・・頂点数40

  n−1次元面{3,3,3,3}(0,0,1,0,0)8個・・・頂点数20

 f5=(3/40+8/20)・f0

 f0=160→f5=12+64=76→OK

 空間充填2^n+2n胞体では,n次元正軸体において,k次元胞に接する(それを含む)m次元胞(m>m>k)は,2項係数を使って,

  2^m-k(n−1−k,m−k)

であることを用いて,偶数次元・偶数次元とも

  切頂面:tp+1(ただし,n=2のときは0)

  n−1次元面=2^n-fp-1

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